Biodegradation of endosulfan and pendimethalin by three strains of bacteria isolated from pesticides-polluted soils in the Sudan

• DOI: 10.1007/s13765-017-0281-0
• Publication Date: 2017-04-28T01:18:59Z
• Authors: Abd Elaziz Suliem...; Azhari Omer Abdel...; Ahmed Mohammed Al...; Elsiddig Ahmed El...; Osama Elgilani El...; Jang-Hyun Hur
• Keywords: 0106 biological sciences; Health, Toxicology and Mutagenesis; Aquatic Ecotoxicology and Biomarkers of Pollution; Pesticide Pollution and Management; Metabolite; Biochemistry; 01 natural sciences; 12. Responsible consumption; Food science; Soil Sorption; Bacillus cereus; Genetics; Bacillaceae; Biology; Bacillales; Bacteria; Botany; Cereus; Pollution; Pendimethalin; Weed; Agronomy; 6. Clean water; Pesticide; Chemistry; 13. Climate action; FOS: Biological sciences; Environmental Science; Physical Sciences; Antibiotic Resistance in Aquatic Environments and Wastewater; Endosulfan; Bacillus subtilis

Se estudió la biodegradación de endosulfán (α y β) y pendimetalina por Bacillus safensis cepa FO-36bT, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum cepa KCTC 13429T y Bacillus cereus cepa ATCC14579T aislada de suelo contaminado con pesticidas en medio de sal mineral. El endosulfán y la pendimetalina se incubaron con las tres cepas bacterianas con muestras extraídas a diversos intervalos para el análisis de GC. Las muestras representativas se sometieron a análisis de GC–MS. La pérdida en las concentraciones iniciales, 0.663 mM (α endosulfán), 0.319 mM (β endosulfán) y 1.423 mM (pendimetalina), se monitoreó y utilizó para calcular las semividas siguiendo el modelo bifásico. El porcentaje de eliminación de endosulfán y pendimetalina en los medios inoculados con las cepas bacterianas varió de 24 a 95% (α endosulfán), 21–91% (β endosulfán) y 51–97% (pendimetalina), respectivamente. A pesar de la disminución significativa en el material de partida en los cultivos de B. safensis, no se detectaron metabolitos, mientras que dos metabolitos principales del endosulfán, 1,2,3,4,7,7-hexacloro-5,6-dihidroxibiciclo {2.2.1}-2-hepteno y 1,2,3,4,7,7-hexacloro-formaldehído-6-metilbiciclo {2.2.1}-2-hepteno, se detectaron en los cultivos de B. subtilis, y un metabolito del metabolito pendimetalina; N-(1-etilpropil) -3-metil-2,6-diaminobencina, se detectó en el cultivo de B. cereus. En general, el resultado indica la capacidad potencial de estos microorganismos en la mineralización completa de endosulfán y pendimetalina. Sobre la base de las semividas, la eficiencia de las cepas bacterianas se puede ordenar de la siguiente manera: B. subtilis > B. cereus > B. safensis para endosulfán y B. cereus > B. safensis > B. subtilis para pendimetalina.<br/>La biodégradation de l'endosulfan (α et β) et de la pendiméthaline par la souche FO-36bT de Bacillus safensis, la souche KCTC 13429T de Bacillus subtilis subsp. inaquosorum et la souche ATCC14579T de Bacillus cereus isolée d'un sol pollué par des pesticides a été étudiée en milieu salin minéral. L'endosulfan et la pendiméthaline ont été incubés avec les trois souches bactériennes avec des échantillons prélevés à différents intervalles pour l'analyse GC. Des échantillons représentatifs ont été soumis à une analyse GC-MS. La perte des concentrations initiales, 0,663 mM (endosulfan α), 0,319 mM (endosulfan β) et 1,423 mM (pendiméthaline), a été suivie et utilisée pour calculer les demi-vies suivant le modèle biphasique. Le pourcentage d'élimination de l'endosulfan et de la pendiméthaline dans les milieux inoculés avec les souches bactériennes variait de 24 à 95 % (α endosulfan), de 21 à 91 % (β endosulfan) et de 51 à 97 % (pendiméthaline), respectivement. Malgré la diminution significative du matériel de départ dans les cultures de B. safensis, aucun métabolite n'a été détecté, tandis que deux métabolites majeurs de l'endosulfan, le 1,2,3,4,7,7-hexachloro-5,6-dihydroxybicyclo {2.2.1}-2-heptène et le 1,2,3,4,7,7-hexachloro-formaldéhyde-6-méthylbicyclo {2.2.1}-2-heptène, ont été détectés dans les cultures de B. subtilis, et un métabolite du métabolite de la pendiméthaline ; la N-(1-éthylpropyl) -3-méthyl-2,6-diaminobenzine, a été détectée dans la culture de B. cereus. En général, le résultat indique la capacité potentielle de ces micro-organismes à minéraliser complètement l'endosulfan et la pendiméthaline. Sur la base des demi-vies, l'efficacité des souches bactériennes peut être ordonnée comme suit : B. subtilis > B. cereus > B. safensis pour l'endosulfan et B. cereus > B. safensis > B. subtilis pour la pendiméthaline.<br/>Biodegradation of endosulfan (α and β) and pendimethalin by Bacillus safensis strain FO-36bT, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum strain KCTC 13429T and Bacillus cereus strain ATCC14579T isolated from pesticides-polluted soil was studied in mineral salt medium. Endosulfan and pendimethalin were incubated with the three bacterial strains with samples drawn at various intervals for GC analysis. Representative samples were subject to GC–MS analysis. The loss in the initial concentrations, 0.663 mM (α endosulfan), 0.319 mM (β endosulfan) and 1.423 mM (pendimethalin), was monitored and used to compute the half-lives following biphasic model. Removal percentage of endosulfan and pendimethalin in the media inoculated with the bacterial strains ranged from 24 to 95% (α endosulfan), 21–91% (β endosulfan) and 51–97% (pendimethalin), respectively. Despite the significant decrease in starting material in B. safensis cultures, no metabolites were detected, whereas two major metabolites of endosulfan, 1,2,3,4,7,7-hexachloro-5,6-dihydroxybicyclo{2.2.1}-2-heptene and 1,2,3,4,7,7-hexachloro-formaldehyde-6-methylbicyclo{2.2.1}-2-heptene, were detected in the B. subtilis cultures, and one metabolite of pendimethalin metabolite; N-(1-ethylpropyl)-3-methyl-2, 6-diaminobenzine, was detected in the B. cereus culture. Generally, the result indicates the potential capability of these microorganisms in complete mineralization of endosulfan and pendimethalin. Based on half-lives, the efficiency of bacterial strains can be ordered as follows: B. subtilis > B. cereus > B. safensis for endosulfan and B. cereus > B. safensis > B. subtilis for pendimethalin.<br/>تمت دراسة التحلل البيولوجي للإندوسلفان (ألفا وبيتا) والبنديميثالين بواسطة سلالة Bacillus safensis FO -36bT، وسلالة Bacillus subtilis subsp. سلالة Inaquosorum KCTC 13429T وسلالة Bacillus cereus ATCC14579T المعزولة من التربة الملوثة بالمبيدات الحشرية في وسط الملح المعدني. تم تحضين الإندوسلفان والبنديميثالين مع السلالات البكتيرية الثلاث مع عينات مأخوذة على فترات مختلفة لتحليل GC. خضعت العينات التمثيلية لتحليل GC - MS. تمت مراقبة الفقد في التركيزات الأولية، 0.663 مللي مولار (ألفا إندوسلفان)، 0.319 مللي مولار (بيتا إندوسلفان) و 1.423 مللي مولار (بنديميثالين)، واستخدمت لحساب نصف العمر بعد النموذج ثنائي الطور. وتراوحت النسبة المئوية لإزالة الإندوسلفان والبندي ميثالين في الوسط الملقح بالسلالات البكتيرية من 24 إلى 95 ٪ (ألفا الإندوسلفان) و 21-91 ٪ (بيتا الإندوسلفان) و 51-97 ٪ (بندي ميثالين) على التوالي. على الرغم من الانخفاض الكبير في المواد الأولية في مزارع B. safensis، لم يتم اكتشاف أي مستقلبات، في حين تم اكتشاف اثنين من المستقلبات الرئيسية للإندوسلفان، 1،2،3،4،7،7 - hexachloro -5،6 - dihydroxybicyclo {2.2.1 }-2 - heptene و 1،2،3،4،7،7 - hexachloro - formaldehyde -6 - methylbicyclo {2.2.1 }-2 - heptene، في مزارع B. subtilis، وتم اكتشاف مستقلب واحد من مستقلب pendimethalin ؛ N -(1 - ethylpropyl) -3 - methyl -2، 6 - diaminobenzine، في مزرعة B. cereus. بشكل عام، تشير النتيجة إلى القدرة المحتملة لهذه الكائنات الحية الدقيقة في التمعدن الكامل للإندوسلفان والبنديميثالين. بناءً على أنصاف الأعمار، يمكن ترتيب كفاءة السلالات البكتيرية على النحو التالي: B. subtilis > B. cereus > B. safensis للإندوسلفان و B. cereus > B. safensis > B. subtilis لـ pendimethalin.<br/>